经济型数控车床进给系统设计

经济型数控车床进给系统设计摘要：随着科技的飞速发展，机械产品更新换代越来越快，同时，产品的质量和性能也在不断的提高。各个企业为了适应时代潮流的要求，对数控机床的需求也越来越大。然而，对于中小企业来说，购买大批量的数控机床在经济上很困难并且也没有必要，但是为了满足不断发展进步的社会需求、达到新的加工标准，又必须采用数控机床。在这种形势下，经济型数控机床以其高的性价比博得了大家的青睐。在数控机床的整个系统中，进给系统是最重要的一个部件。它直接关系着整个加工的产品的质量及其性能，进给传动的精确与否直接影响着产品的成功与否，为此对进给传动的设计及优化研究就显得尤为重要。经济型数控车床的进给系统的传动机构采用滚珠丝杠螺母副，由它将步进电机的运动传到滑板和刀架，实现纵向和横向的进给。本设计中的数控系统采用8031单片机控制。关键词：数控机床，滚珠丝杠螺母副，步进电机，刀架，单片机IEconomicalNCLatheFeedSystemDesignAbstract：Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,mechanicalproductsrenewalfasterandfaster,atthesametime,thequalityoftheproductsandperformancehasbeenimproved.CompaniesinordertomeettherequirementofthetrendofTheTimes,thedemandforNCmachinetoolsisbecomingmoreandmorebig.However,forsmallandmedium-sizedenterprises,topurchaselargequantitiesofNCmachinetoolsontheeconomyisdifficultandisnotnecessary,butinordertomeetthedemandofcontinuousdevelopmentandprogressofsociety,meetnewprocessingstandards,andNCmachinetoolsmustbeused.Inthissituation,economicalNCmachinetoolwithitshighcostperformancewonthefavourofpeople.Inthenumericalcontrolmachinetoolofthewholesystem,thefeedsystemisoneofthemostimportantparts.Itisdirectlyrelatedtotheentireprocessofproductqualityandperformanceoffeeddriveofaccurateornotdirectlyaffectsthesuccessofproduct,thereforethedesignandoptimizationstudyoffeeddriveisparticularlyimportant.Economicalnumericalcontrollathefeedsystemoftransmissionmechanismadoptstheballscrewnutpair,transferthemotionofthesteppermotor,itspreadtoskateboardingandtoolrest,longitudinalandtransversefeed.ThedesignoftheCNCsystemadopts8031singlechipmicrocomputercontrol.Keywords：NCmachinetool，Ballscrewnutpair，Steppermotor，rest，SinglechipmicrocomputerII目录1前言.12进给系统总体方案的设计.22.1设计任务.22.2总体方案的论证.22.3总体方案的确定.23机械部分设计.43.1纵向进给系统的设计与计算.43.1.1计算切削力.43.1.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型.43.1.3齿轮传动比计算.83.1.4步进电机的计算和选型.93.2横向进给系统的设计与计算.123.2.1计算切削力.123.2.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型.123.2.3齿轮传动比计算.153.2.4步进电机的计算和选型.153.3刀架的设计和选择.183.4主轴编码器的选择.194数控系统硬件电路设计.204.1确定控制系统方案.204.1.1数控系统基本硬件组成.204.2软、硬件任务合理分配.214.3主控器.214.3.1主控芯片选择.214.3.2MCS51系列单片机介绍.214.3.3三总线结构.224.3.4存储器结构.224.3.5时序.234.3.6中断功能.23III4.3.7MCS-51单片机常用系统扩展芯片.234.4存储系统扩展设计.244.4.1芯片选择.244.4.2地址分配及译码.244.5接口电路及辅助电路具体设计.254.5.1步进电机接口电路.254.5.2键盘、显示接口.264.5.3其他辅助电路.275控制系统软件设计.285.1软件设计的组成.285.2插补方法及程序设计.285.2.1插补方法概述.285.2.2逐点比较法的直线插补及其程序设计.285.2.3逐点比较法的圆弧插补及其程序设计.305.3步进电机运行程序控制设计.325.4经济型数控软件部分设计.335.4.1模块组成.335.4.2缓冲区设置.345.4.3中段处理器.346结论.37参考文献.38致谢.3901前言数控机床的加工过程如下：将所需的多个操作步骤（如机床的启动或停止、主轴的变速、工件的夹紧或松开、刀具的选择和交换、切削液的开或关等）和刀具与工件之间的相对位移，以及进给速度等都用数字化的代码来表示，按规定编写零件加工程序并送入数控系统，经分析处理与计算后发出相应的指令控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床自动加工出所需要的零件。数控机床的特点：1.柔性化和灵活性，当改变加工零件时，只要改变数控程序即可，所以满足产品更新换代快的要求；2.可以采用较高的切削速度和进给量；3.加工精度高，质量稳定。机床本身精度高，此外还可以利用参数的修改进行精度校正和补偿。数控机床的进给伺服系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。它的作用是接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路进行转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电动机、功率步进电动机、电液脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动。伺服驱动系统的选用，在实际中必须根据机床的要求来确定。各种数控机床完成不同的加工任务，导致它们对进给驱动的要求也不大相同，但主要是下面几个方面：（1）高的精度要求（2）快的响应速度（3）足够宽的调速范围（4）低速、大转矩12进给系统总体方案的设计2.1设计任务本设计是经济型数控车床进给系统设计。利用微机对纵向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/步，横向为0.005/步。驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠螺母副。2.2总体方案的论证（1）伺服进给系统设计开环控制系统结构简单、容易设计制造、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便。所以，本设计决定采用开环控制系统。（2）数控系统的硬件电路设计在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1）时钟频率和字长将控制数据处理的速度；2）可扩展存储器（ROM和RAM）的容量；3）指令系统功能影响编程的灵活性；4）I/O口扩展的能力,即对外设控制的能力；5）开发手段，包括支持开发的软件和硬件电路。此外，还应考虑系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求，以及性价比等，综合起来考虑以确定CPU。目前在经济型数控机床中，推荐使用MCS-51系列单片机作为主控制器。2.3总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定经济型车床数控系统示意图如图所示。2图2.1总体方案设计图33机械部分设计已知条件：（1）床身最大回转直径40m（2）最大加工长度1（3）溜板及刀架重力纵向：横向：8N60（4）刀架快速速度X、Z轴4in（5）最大进给速度Z轴：X轴：1.21.min（6）启动加速时间30ms（7）机床定位精度X、Z轴：.35脉冲当量根据机床精度要求确定，纵向：0.01mm/step,横向：0.005mm/step（半径）3.1纵向进给系统的设计与计算3.1.1计算切削力在纵车外圆过程中，车床的主切削力可以按经验公式估算：()ZFN1.51.5max0674036ZFD车床床身的最大加工直径（mm）max另外的两个切削分力按如下比例计算：:1:.25zxy360340FN5360.421yFN走刀方向的切削分力（N）；x垂直于走刀方向的切削分力（N)。y3.1.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型滚珠丝杠副传动低效率高，摩擦损失小；启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好，磨损小，使用寿命长，精度保持型好等优点。在经济型数控机床的进给系统中，广泛采用滚珠丝杠副传动机构来实现精密进给运动。41.计算进给牵引力mF纵向进给为综合性导轨：()xzkfFG=1.5340.16(5308)(2530()N式中考虑颠复力矩影响时的实验系数，综合导轨为1.15;k滑动导轨摩擦系数：0.150.18f溜板及刀架重力：800G2.计算最大动负载C(式3.1)3whmLfF(式3.2)601nT(式3.3)0sVL滚珠丝杠的导程，初选6mm；0L切削力最大时的进给速度，取最高进给速度的，此处为sV123:1.2m/min。使用寿命，按15000h;T运转系数，取1.21.5；wf寿命，以转为1单位。L600.213(min)6.7insVnrr66.7150.TL33.423()186.9()whmCfFN3.滚珠丝杠螺母副的选型根据机械传动装置设计手册上册，初选滚珠丝杠副的型号为CDM40062.5，是外循环双螺母垫片预紧式，其额定动载荷为15851N，强度足够。循环列数圈数=，精度等级选择3级。其几何参数如下表：2.515表3.1滚珠丝杠螺母副的几何参数名称符号计算公式数值公称直径0d40螺距L6接触角45钢球直径qd3969滚道法面直径R0.52qd2.06偏心距e()sin25.410螺纹滚道螺纹升角0arctLd螺杆外径d0(.25)q:39.21螺杆内径11eR35.99螺杆螺杆接触直径Z0coszqd37.19螺母螺纹直径D244.01螺母螺母内径（外循环）110(.5)qd:40794.传动效率计算tanta240.9()()式中螺旋升角摩擦角为，滚动摩擦系数为10.30.4:5.刚度验算（1）丝杠的拉伸/压缩变形量：1先计算滚珠丝杠受工作负载的作用引起的导程的变化量，再计算mF0L滚珠丝杠总长度上的拉伸或压缩变形量。16(式3.4)0mFLEA工作负载作用下引起的第一导程变化量L()工作负载，即进给牵引力mF()N滚珠丝杠的导程0(m材料弹性模数，对钢E52.071()EMPa滚珠丝杠的截面积（按内径确定）A2m2201()(43.96)109.63()4wdDm557.710.mFLE10滚珠丝杠受力长度，L()120Lm52107.190.4386由于两端采用推力球轴承且丝杠进行了预拉伸，所以其拉压刚度可以提高4倍，实际变形量引起丝杠的总的变形量31.5904(2)有预紧时滚珠丝杠与螺纹滚道之间的接触变形：2(式3.5)2230.1myFdZ轴向工作负载，mF()kgf58.6mNkgf预紧力（最大工作负载的）y()f滚珠直径0d()滚珠数量，圈数列数ZZ一圈的滚珠数，外循环时：，取04.13.896DZd35Z3512.87.5732223302.410.9()7.53myFmdZ(3)支撑滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形根据机械制图与设计简明手册，采用51105型推力球轴承。滚动体直径，滚动体数。6.Qdm14Z公式中单位为，Fkgf258.6mFkgf(式3.6)2333324.90QmdZ因为施加了预紧力，所以33.123.59102461038.5m所以刚度足够6稳定性校核由于滚珠丝杠两端采用推力球轴承，故不会产生失稳现象，无需作稳定性校核。3.1.3齿轮传动比计算（1）齿轮箱传动比计算脉冲当量，滚珠丝杠导程，初选步进电动机步距角0.1pmstep06Lm/步。可计算出传动比i:0.75b036.8756pbiL（2）可选定齿轮齿数为：或者。12340Zi25考虑到结构上的原因，取,齿轮传动参数见下表：,8表3.2齿轮传动参数齿数Z3240分度圆dmz6480齿顶圆2a6884齿根圆1.5fd5975齿宽b2020中心距12()/A723.1.4步进电机的计算和选型步进电机的选择原则：a.步进电机的输出转矩大于负载转矩。b.应使步进电机的步矩角与机械系统相匹配c.应使被选电机与机械系统的负载惯量及机床要求的启动频率相匹配，并且有一定的余量；d.最高工作频率可以满足机床移动部件快速移动的要求1.转动惯量计算丝杠的转动惯量：44227.807.8103.96sJDLkgcmkgc齿轮的转动惯量：16.J4222.工作台折算到丝杠轴上的惯量：222208.6()()0.749GLJkgcmkgcg总的转动惯量：21()SGzJJ92264.().39.6074)80kgcm5kgcm2.所需转动力矩计算：在不同的工况下，机床所需转距不同：(1)快速空载起动力矩：起M(式3.7)0maxMf起当，ax,nax12.75min20i36.36bpVrr2maxmax0nJt252.196.526.3Ncc折算到电动机轴上的摩擦力矩：fM(式3.8)02fFLMi导轨的摩擦力，0()N0()zFfG导轨摩擦因数，综合导轨；f.150.8:当取0.16时，f0()6(30)985.6zfN传动链总效率，一般取，此处取。.7.0985.6894.122fFLMiNcmc附加摩擦力矩：0(式3.9)020(1)pFLi滚珠丝杠的预加负荷，一般取0p()N13mF滚珠丝杠导程Lcm10未预紧时滚珠丝杠的传动效率，一般。00.922001(53)0.6(1)8(1.)15.30pFLMiNcmc上述三项合计：0maxMf起196.524.15.305.94cc(2)快速移动时所需力矩快mNM2.0f快(3)最大切削负载时所需的力矩切折算到电动机轴上的切削力矩：tM0134.608127.962ttFLiccmNMt38.52.90f切从以上数据分析，所需的最大力矩发生在快速启动时。步进电动机的选择：根据最大静转矩初选电动机型号，对于工作方式为五相十拍的电动机：maxjcNcmj70.321951.043起按照上面计算出的最大静转矩从国产BF反应式步进电机技术数据查出110BF003的最大静转矩为，大于所需最大静转矩。可作为初选型号，但必7.8N须进一步考核步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。3.计算电动机工作频率：最大空载频率max10046.76.1kpVfHzz最大工作频率200.Scpf查出110BF003型步进电机的最高起动频率为1500HZ，运行频率为7000HZ，当步进电机起动时，远远不能满足此机床所要求的空载起动力矩，直接305.94Ncm使用时会产生时步现象，所以必须采用升降速控制，然后在电路上采用高低压驱动11电路，可将步进电机输出力矩扩大一倍左右。3.2横向进给系统的设计与计算3.2.1计算切削力横切端面时主切削力可取纵切的：zF121536028zzFN另外的两个切削分力也按如下比例计算：:1:0.254zxyF6867N2680.4172y3.2.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型1.计算进给牵引力mF横向进给为燕尾型导轨：(2)yzxkfFG1.4670.81076)20.8N燕尾型导轨：；,f溜板及刀架重力：600GN2.计算最大动负载C初选为5mm，取0L1.4,whff0012min0i5sVnrr6619TL33.420.81690.8whmCfFN3.滚珠丝杠螺母副的选型根据机械传动装置设计手册上册，初选滚珠丝杠副的型号为CDM20055，是外循环双螺母垫片预紧式，其额定动载荷为15338N，强度足够。循环列数圈数=，精度等级选择3级。其几何参数如下表：2.12表3.3滚珠丝杠螺母副的几何参数名称符号计算公式数值公称直径0d20螺距L5接触角45钢球直径qd3.175滚道法面直径R0.52qd1.651偏心距e()sin24.910螺纹滚道螺纹升角0arctLd3螺杆外径d0(.25)q:19.37螺杆内径11eR16.79螺杆螺杆接触直径Z0coszqd17.75螺母螺纹直径D223.21螺母螺母内径（外循环）110(.5)qd:20.644.传动效率计算tanta430.96()()5.刚度验算（1）丝杠的拉伸或压缩变形量：10mFLEA22201()(3.75).344wdDm405.8.01.7mL101380Lm42102.1083.5105m318.4(2)有预紧时滚珠丝杠与螺纹滚道的变形：2，取02.1.9735DZd3Z.28641mFNkgf3223300.175()53mymdZ(3)支撑滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形3根据机械制图与设计简明手册，采用51104型推力球轴承。滚动体直径，滚动体数。5.6Qdm14Z公式中单位为，Fkgf258.6mFkgf2233330.410.8.510Qmd因为施加了预紧力，所以33.31238.10.8401245m所以刚度足够6稳定性校核由于滚珠丝杠两端采用推力球轴承，所以不会产生失稳现象，无需作稳定性校核。143.2.3齿轮传动比计算1.齿轮箱传动比计算，/步。05pmstep05Lm0.75b可计算出传动比i:036.487pbiL大齿轮直径太大会影响到横向溜板的有效行程，所以采用二级齿轮减速。可选定的齿数为：31242055zi取41234,0,z齿轮传动参数见下表：表3.4齿轮传动参数齿数z24402025分度圆dm48804050齿顶圆2a52844454齿根圆1.5fd43753545齿宽b20202020中心距12()/A64453.2.4步进电机的计算和选型1.转动惯量计算丝杠的转动惯量：44227.807.810280.98sJDLkgcmkgc齿轮的转动惯量：4.3J222.6.1542237.8100.4Jkgcmkgc4598工作台折算到丝杠轴上的惯量：222206.()()0.398GLJkgckgcg总的转动惯量：22314()()SGzzJJJ22400.836.9(.980.39)5kgcm2.所需转动力矩计算：(1)快速空载起动力矩起M0maxMf起当，ax,nax1.75min416.7in36.36bpVrr2maxmax0nJt2243Ncc摩擦力矩：fM02fFLi燕尾型导轨：，.2f0()0.2(680)65zFfGN齿轮降速比，按计算i12.6zi065.039.1528fFLMiNcmc16附加摩擦力矩：0M02201(.8)0.53(1)6(10.9)7.65pFLiNcmc0maxf起c(2)快速移动时所需力矩快MmNMOf8.46.3快(3)最大切削负载时所需力矩切折算到电动机轴上的切削力矩：t067.5039.28ttFLiccmNMtf7.86.1390切从以上数据分析，所需最大力矩发生在快速启动时。步进电动机的选择：根据最大静转矩初选电动机型号，当电机运行方式为五相十拍时：maxjcNcmj63.10795.03612起按此最大静转矩从表国产BF反应式步进电机技术数据查出110BF003的最大静转矩为，大于所需最大静转矩。可作为初选型号，但必须进一步考核7.84N步进电机起动矩频特性和运行矩频特性。3计算电动机工作频率：最大空载频率max100413.6.5kpVfHzz最大工作频率.0.0Scpf查出110BF003型步进电机的最高起动频率为1500HZ，运行频率为7000HZ，当步进电机起动时，比机床所要求的空载起动力矩小一些，故采用升降102.36Ncm速控制。173.3刀架的设计和选择1.对自动换刀装置的要求如下：（1）换刀时间要短；（2）刀具重复定位的精度要高；（3）有足够的刀具存储量；（4）结构上必须具有良好的刚度和强度；（5）工作过程要安全可靠；（6）便于控制、维修和安装。2.自动换刀装置的主要部件是蜗杆、蜗轮和电动机的选择。（1）蜗杆、蜗轮材料的选择蜗杆传动难以确保高的接触精度，而且滑动速度较大，还有变形。因此制造蜗轮选择减磨性良好的软材料。1)蜗轮材料。蜗轮材料指的是蜗轮齿冠部分的材料。按要求选用铸铝青铜制造蜗轮。具体型号为。10ZCuSnP2）蜗杆材料。蜗杆材料有合金钢和碳钢。本设计中蜗杆用于刀架，不属于持久性高的动力传动，而且有时会受到短时的冲击载荷，所以不宜用渗碳钢淬火，最好选用调质钢，所以选45钢。（2）圆柱蜗杆传动的基本参数见下表表3.5圆柱蜗杆传动的基本参数基本参数圆柱蜗杆传动基本参数圆柱蜗杆传动齿形角()20齿根圆半径fm0.3齿顶高ahm1模数2工作齿高21d22.4顶隙c0.2（3）蜗杆头数、蜗轮齿数的选择蜗杆头数少容易得到大的传动比，而且在自动刀架当中要求反行程自锁，故蜗杆头数选为1。蜗轮齿数越多，尺寸越大，轴越长且刚度越小，所以蜗轮齿数宜少于或者等于100个齿，一般取齿。蜗杆头数与蜗轮齿数间最好避免有公因数，以利于均3280:匀磨损。蜗轮齿数最好大于30，确保每一瞬间至少有两对齿啮合，有利于传动平稳。18综合以上考虑蜗轮齿数选为60。(4)蜗杆尺寸计算蜗杆直径系数：12.41.qdm蜗杆齿顶圆直径：24.aahm蜗杆齿根圆直径：1().(102)fcm节圆直径：12.403.6fd蜗杆齿宽：6bz（5）蜗轮尺寸计算蜗轮分度圆直径：2012dmm喉圆直径：()(0.3)123.aafhm齿根圆直径：20)8.ffc蜗轮外径：13.215.ead节圆直径：20蜗轮齿宽：1(.5)(0.2.41)4.25bmd（6）电动机的选择综合考虑选择小型三相异步交流电动机作为驱动刀架的电动机，如常州宏达机床数控设备厂生产的电动刀架电动机YLJ83/60-1.8-4H。3.4主轴编码器的选择选择ZLF-2400Z-05VO-15型号的螺纹编码器。由于结构的空间的限制，在安装主轴编码器时采用锥顶式紧顶装置来固定齿轮套的轴向位置。编码器安装注意事项：主轴脉冲发生器属光学元件，安装摆放时应小心轻放，避免较大的冲击和振动，以防损坏玻璃光栅盘，造成报废。普通车床主轴的转速必须小于主轴脉冲发生器的最高允许转速。通常在需要加工螺纹时将其安装上，不使用时将其断开，避免不必要的磨损和信号干扰，以延长主轴脉冲发生器的使用寿命。194数控系统硬件电路设计4.1确定控制系统方案4.1.1数控系统基本硬件组成数控系统由硬件和软件组成。硬件是数控系统的基础，有了硬件，软件才能有效的运行。硬件性能的好坏直接影响整个系统的工作性能。车床数控系统的硬件电路由五部分组成：(1)中央处理单元CPU；(2)总线。包括数据总线（DB）、控制总线（CB）、地址总线(AD)；(3)存储器。包括随即读写存储器和只读可编程存储器；(4)I/O输入/输出接口电路；（5）外围设备，例如键盘、显示器、以及光电输入机等该控制的组成如下：图4.1数控系统控制的组成CPUI/O接口光电隔离功率放大器步进电动机RAMROM外设，键盘、显示器及其他204.2软、硬件任务合理分配1.控制步进电机的脉冲发生与脉冲分配；2.数码显示的字符发生；3.键盘扫描管理。在本设计中：用硬件控制步进电机用的脉冲发生器，采用国产YB104环形分配器对其控制。字符发生及键盘扫描由软件实现。4.3主控器4.3.1主控芯片选择目前在国内使用较广的是MCS-51系列，本设计选用MCS51系列中的8031。4.3.2MCS51系列单片机介绍下面介绍MCS51系列单片机的一些特性。1.MCS51系列单片机的基本特性该系列包括三个产品8031、8051、8751。三者的引脚完全兼容，仅在结构上有一些差异，主要是：8031是无ROM的8051，而8751则使用EPROM代替ROM的8051。用得较多的是该系列中的8031。MCS51单片机的基本特性如下（以8051为例）(1)有8位的中央处理器；(2)芯片内有时钟发生电路；(3)有4KROM；(4)有128字节RAM；(5)有21个特殊功能的寄存器；(6)有4个I/O端口，32根I/O线；(7)可寻址64K外部数据存储器(8)可寻址64K字节外部程序存储器；21(9)有两个16位定时/计数器；（10）有5个中断源，配备2个优先级；（11）一个双全功能串行接口；（12）有位寻址能力，适用于逻辑运算。2.管脚功能及应用特性简介(1)引脚功能可分为三类，即：1)I/O线：P0、P1、P2、P3共4个8位口。2)控制线：ALE(地址锁存控制)、PSEN(片外取指令控制)、RESET(复位控制)、EA(片外存储器选择)。3)电源及时钟：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2(2)应用特性1)除8051、8751外，真正可以完全被用户使用的口线只有P1口，及部分作为第一功能使用的P3口；2)I/O口的驱动能力：口驱动8个TTL门电路，、口驱动4个；0P1P233)口试双重功能；P4)时钟频率：外接时钟频率可在1.2M12MHZ间选择。4.3.3三总线结构单片机的三总线结构如下:1.地址总线AB宽度为16位，外部存储器直接寻址范围可达64字节，低8位由口经0A70P地址锁存器提供,高8位由口直接提供。A152P2.数据总线DB数据总线宽度为8位，由口直接提供。03.控制总线CB由口的第二功能状态与4根独立的控制线、组成。PRESTALEPSA224.3.4存储器结构单片机存储器包括程序存储器(EPROMROM)和数据存储器(RAM)。4.3.5时序程序存储器的操作时序中可分为两种情况：不执行MOVEX指令和执行MOVE指令。4.3.6中断功能MCS-51单片机提供5个中断请求源。两个由输入的外部中断请10INT、求，两个位片内的定时器/计数器溢出请求，一个为片内的串行口中断请求10、T或。这些中断源的引脚如图所示，为口的第二功能。对于每个中断请求DTXR3P源，都可编程为高级优先级或低级优先级，实现二级中断嵌套。当CPU执行关中断指令后才有可能接受中断申请，每一个中断源可由软件编程为允许或禁止中断。8031个中断源的优先级及入口地址如表1，入口地址不因优先级的改变而改变。表4.1中断源、优先级及入口地址中断源优先级入口地址中断源优先级入口地址外部中断0INT00003H定时器/计数器1T3001BH定时器/计数器1000BH串行中断40023H外部中断I20013H注：0级最高，4级最低。4.3.7MCS-51单片机常用系统扩展芯片1.程序存储器主要是紫外线可擦可编程只读存储器。通常采用标准芯片如2716、2736、2764、27128、27256和27512。2.数据存储器23（1）静态RAM。无需刷新，但成本高、功耗大。目前常用的静态RAM是6116和6264。（2）动态RAM。成本低、功耗小，但需要刷新。主要动态RAM有2164和41464。一般多采用静态。3.I/O口扩展集成芯片可分为三种类型：（1）专用I/O口扩展芯片，这类芯片专用于扩展I/O口用。主要有8255。（2）I/O扩展复合芯片：除了能扩展I/O口外，还能扩展其它的外围功能电路，主要有8155。（3）电路芯片：广泛用作MCS-51单片机I/O口扩展芯片，主要有74LS373、273、374、244等。（4）其它各种功能芯片：MCS-51还可扩展下列具有各种专用功能的外围芯片：8259：可编程中断控制器8279：可编程键盘/显示控制器8253：可编程通用定时器。8251：可编程通信控制器4.4存储系统扩展设计4.4.1芯片选择1.选择在容量一定时，选择EPROM型号主要考虑读取速度。8031所提供的读取时间必须大于EPROM所要求的读取时间。8031访问EPROM时提供的读取时间t与选用的晶体时钟有关，约为3T，其中T为时钟周期。本设计选用晶体频率为6MHZ。选用一片2764，具体型号根据价格及市场货源选购。2.RAM选择24常用RAM主要有6116和6264，读写时间为200ns左右。8031所能提供的读写时间与所选时钟频率大致关系为，.、分别为读时间、写时4RtT5WtRtWT间及时钟周期。本设计选用大容量一片。62AM4.4.2地址分配及译码1.地址分配RAM占0000HFFFFH,I/O占2000H1FFFH，其余未作分配。8K的RAM可以分配在0000H1FFFH。2.地址译码及译码线路地址译码可分为线性译码法和译码器译码法等。由于EPROM和RAM各只有一片，所以可以用线性译码法。3.EPROM、RAM与8031的连接存储器与单片机的联接，主要是三总线的联接。（1）地址总线将与的EPROM一一对应，与RAM的一一120A120120A120A对应，其余的经译码器产生片选信号。（2）数据总线数据线的连接是将分别与存储器的一一对应。70D70D（3）控制总线单片机返访问EPROM和RAM的控制信号有：外部EPROM取指令信号。PSEN：即，外部RAM写信号。WR6.3：即，外部RAM读信号。D7.根据上述内容，可将与EPROM的OE相连，、分别与RAM的PSENWRD、相连。至此，完成了本设计数控系统存储器部分的设计。254.5接口电路及辅助电路具体设计4.5.1步进电机接口电路有前面总体设计知，步进电机的脉冲发生采用硬件实现，所用芯片为YB104相4拍环形分配器。一般情况下，该芯片的两个输入控制端E1、E2可直接接地，如工作方式设定在4相4拍，只需将、接地即可。要正确控制步进电机，必须正确控制方向控制0A1端：-、+